Por primera vez, se han secuenciado los genomas de la jirafa y su pariente vivo más cercano, el solitario okapi de la selva africana, que revela las primeras pistas sobre los cambios genéticos que llevaron a la evolución del cuello excepcionalmente largo de la jirafay su clasificación como la especie terrestre más alta del mundo. La investigación será publicada en la revista científica Comunicaciones de la naturaleza el 17 de mayo de 2016.
"La estatura de la jirafa, dominada por su cuello y patas largas y una altura total que puede alcanzar los 19 pies ~ 6 m, es una hazaña extraordinaria de evolución que ha inspirado asombro y asombro durante al menos 8,000 años, hasta ahoracomo las famosas esculturas en roca en Dabous en la República de Níger ", dijo Douglas Cavener de la Universidad Estatal de Penn, quien dirigió el equipo de investigación con Morris Agaba del Instituto Africano de Ciencia y Tecnología Nelson Mandela en Tanzania."
"Los cambios evolutivos necesarios para construir la imponente estructura de la jirafa y equiparla con las modificaciones necesarias para su carrera de alta velocidad y sus poderosas funciones cardiovasculares han seguido siendo una fuente de misterio científico desde el siglo XIX, cuando Charles Darwin se preguntó por primera vez sobre la jirafaorígenes evolutivos ", dijo Cavener, profesor de biología y Verne M. Willaman Decano del Eberly College of Science en Penn State. El corazón de la jirafa, por ejemplo, debe bombear sangre dos metros hacia arriba para proporcionar un amplio suministro de sangre.a su cerebro. Esta hazaña es posible porque el corazón de la jirafa ha evolucionado para tener un ventrículo izquierdo inusualmente grande, y la especie también tiene una presión arterial que es dos veces más alta que la de otros mamíferos.
Para identificar los cambios genéticos que probablemente sean responsables de las características únicas de la jirafa, incluidos los sprints que pueden alcanzar 37 millas por hora 60 km / h, Cavener y Agaba compararon las secuencias de codificación genética de la jirafa y el okapi con más deotros cuarenta mamíferos, incluidos la vaca, la oveja, la cabra, el camello y el ser humano ". Las secuencias de genes de Okapi son muy similares a las de la jirafa porque el okapi y la jirafa se separaron de un ancestro común hace solo 11 a 12 millones de años, relativamente recientemente enuna escala de tiempo de evolución ", dijo Cavener." A pesar de esta estrecha relación evolutiva, el okapi se parece más a una cebra y carece de la imponente altura y las impresionantes capacidades cardiovasculares de la jirafa. Por estas dos razones, la secuencia del genoma de Okapi proporciona una pantalla poderosa que nosotroshe usado para identificar algunos de los cambios genéticos únicos de la jirafa "
Usando una batería de pruebas comparativas para estudiar las secuencias del genoma de la jirafa y el okapi, los científicos descubrieron 70 genes que mostraron múltiples signos de adaptaciones ". Estas adaptaciones incluyen sustituciones únicas de secuencias de aminoácidos que se predice que alterarán la función de las proteínas, la divergencia de la secuencia de proteínas y la selección natural positiva ", dijo Cavener. Más de la mitad de los 70 genes codifican proteínas que se sabe que regulan el desarrollo y la fisiología del sistema esquelético, cardiovascular y nervioso, justo el tipo de genes predichos paraser necesario para impulsar el desarrollo de las características únicas de la jirafa.
Entre los descubrimientos del equipo de investigación se encuentran que varios genes conocidos por regular el desarrollo del sistema cardiovascular o por controlar la presión sanguínea se encuentran entre los genes que muestran múltiples signos de adaptación en la jirafa. Algunos de estos genes controlan tanto el desarrollo cardiovascular como el esqueléticodesarrollo, lo que sugiere la posibilidad intrigante de que la estatura de la jirafa y el sistema cardiovascular turboalimentado evolucionaron en concierto a través de cambios en un pequeño número de genes.
Los científicos también descubrieron pistas genéticas sobre la evolución del cuello y las patas largas de la jirafa, que tienen la misma cantidad de huesos que el cuello y las piernas de los humanos y otros mamíferos ". Para lograr su longitud extraordinaria, vértebras cervicales y huesos de las piernas de la jirafahan evolucionado para extenderse mucho ", dijo Cavener." Se requieren al menos dos genes: un gen para especificar la región del esqueleto para crecer más y otro gen para estimular un mayor crecimiento ". Entre los 70 genes que reveló la investigación del equiposon marcadamente diferentes en la jirafa, los científicos identificaron genes que se sabe que regulan estas dos funciones.
"El más intrigante de estos genes es FGFRL1, que tiene un grupo de sustituciones de aminoácidos exclusivas de la jirafa que se encuentran en la parte de la proteína que une los factores de crecimiento de fibroblastos, una familia de reguladores involucrados en la regulación de muchos procesos, incluido el embrióndesarrollo ", dijo Cavener. Esta vía del factor de crecimiento de fibroblastos desempeña un papel crucial en el control del desarrollo, comenzando en el desarrollo temprano del embrión y extendiéndose a través de la fase de crecimiento óseo después del nacimiento de la jirafa. En humanos y también en ratones, graveLos defectos esqueléticos y cardiovasculares están asociados con mutaciones debilitantes en este gen.
Los científicos también identificaron cuatro genes homeobox, del tipo involucrado en el desarrollo de estructuras corporales, que se sabe que especifican las regiones de la columna vertebral y las piernas. Cavener especula: "La combinación de cambios en estos genes homeobox y el FGFRL1el gen podría proporcionar dos de los ingredientes necesarios para la evolución del cuello y las patas largas de la jirafa ".
Agaba notó por primera vez un grupo de genes que regulan el metabolismo y el crecimiento que divergieron en la jirafa en comparación con el okapi. Uno de estos genes codifica el receptor para el ácido fólico, que es una vitamina B esencial necesaria para el crecimiento y el desarrollo normales. Otros genes metabólicosque los científicos descubrieron que los cambios en la jirafa son significativamente implicados en el metabolismo de los ácidos grasos volátiles que se generan por la fermentación de las plantas ingeridas, la principal fuente de energía para la jirafa y otros rumiantes como el ganado vacuno y las cabras.tiene una dieta inusual de hojas de acacia y vainas de semillas, que son altamente nutritivas pero también tóxicas para otros animales. Los científicos especulan que los genes responsables de metabolizar las hojas de acacia pueden haber evolucionado en la jirafa para evitar esta toxicidad.
Cavener y Agaba, ambos genetistas experimentales, dicen que están ansiosos por probar la función de algunos de los genes identificados que creen que pueden ser responsables de las características únicas de la jirafa. Su equipo de investigación actualmente está probando el efecto potencial de las diferencias únicas deel gen FGFRL1 de la jirafa al introducir estos cambios en ratones usando los nuevos métodos de edición de genes CRISPR. La sustitución del gen FGFRL1 de la jirafa en el ratón no se espera que produzca un ratón de cuello largo. Sin embargo, los científicos esperan ver cómo el gen FGFRL1 de la jirafapuede afectar el crecimiento diferencial de la columna vertebral y las patas de los ratones que es predictivo de las características únicas de la jirafa.
"Esperamos que la publicación del genoma de la jirafa y las pistas de su biología única atraiga la atención sobre esta especie a la luz de la reciente disminución precipitada en las poblaciones de jirafas", dijo Cavener. "Mientras que la difícil situación del elefante - jirafa es más cortacompañero en la sabana africana: ha recibido la atención de los leones, las poblaciones de jirafas han disminuido en un 40 por ciento en los últimos 15 años debido a la caza furtiva y la pérdida de hábitat. A este ritmo de disminución, el número de jirafas en la naturaleza caerá por debajo10.000 para fines de este siglo. Algunas subespecies de jirafas ya están al borde de la extinción "
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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